《大型电站锅炉设备及运行》技能培训讲义.ppt

1,大型电站锅炉设备及运行,华南理工大学电力学院,2,纲要,第一讲 绪论第二讲 锅炉燃料 第三讲 煤粉制备及其系统 第四讲 燃烧理论 第五讲 锅炉的热平衡第六讲 煤粉炉与燃烧设备第七讲 锅炉受热面及其工作特点第八讲 锅炉受热面烟侧运行问题第九讲 锅炉水动力特性与传热第十讲 汽包及蒸汽净化第十一讲 锅炉本体的设计与布置第十二讲 锅炉运行第十三讲 锅炉典型事故处理,3,参考书目,技能培训教材：锅炉设备运行电站锅炉原理锅炉设备及系统电厂锅炉原理及设备锅炉设备及运行锅炉设备运行及事故处理火力发电职业技能培训教材及题解（15本）中华人民共和国职业技能鉴定规范（21本）职业技能鉴定指导书（职业标准，试题库）火力发电厂技术培训与考工试题（青岛出版社，7本）电业工人技术问答丛书（华东电业管理局7本）火力发电工人实用技术技术问答丛书锅炉设备运行技术问答汽轮机运行技术问答汽轮发电机运行技术问答,4,学习方法,精读、研读本专业一本理论书精读、研读一套问答学会翻书与现场实际结合进行有关问题的研究，完成相应技术报告或论文,5,第一讲 绪论,电力工业的发展及电力技术 电厂锅炉发展趋势锅炉的类型 电站煤粉锅炉机组的构成 锅炉机组的工作过程 锅炉参数及技术、经济性指标,6,1、我国电力发展历史 1949：50MW 1954：100MW 高压 1964：125/135MW,200MW，超高压 1984：300MW，亚临界 1994：600MW/700MW 亚临界、超临界 2004：900MW、1000MW 超临界、超超临界2、我国电力发展形势 高参数、大容量；联合循环 流化床锅炉,7,电站锅炉发展趋势,加快发展大容量、高参数机组大容量、高参数机组可适应生产发展的需要，电站热效率高，基建投资、设备和运行费用降低；但大机组可用率相对较低，综合考虑，单机容量稳定在500800MW,1/1,强化煤电环境保护，发展洁净燃煤技术 燃煤的燃气-蒸汽联合循环(燃煤流化床燃烧联合循环及整体煤气化联合循环）和超临界压力蒸汽循环可满足燃煤、高效、低污染要求,提高运行可靠性和灵活性 锅炉的可靠性涉及到设计、设备制造及安装、运行维护和生产管理等各个方面；运行灵活性要求大力发展中间负荷机组，适应电网调峰需要（低负荷，两班制运行）；提高机组的监控水平,8,锅炉结构介绍,请看动画,9,锅炉的类型,锅炉的分类根据不同的标准，可有多种分类方法，如表所示：,10,锅炉的类型,11,锅,炉,锅炉本体,辅助设备,锅炉机组,电站煤粉锅炉机组框图,1/2,12,亚临界参数自然循环燃煤锅炉,2/2,1-汽包；2-下降管；3-分隔屏；4-后屏；5-高温过热器；6-高温再热器；7-水冷壁；8-燃烧器；9-燃烧带；10-空气预热器；11-省煤器进口集箱；12-省煤器；13-低温再热器；14-低温过热器；15-折焰角；16-排渣装置,13,冷空气 烟气 烟气 烟气 烟囱 引风机 除尘器 空气预热器 细微灰粒 飞灰（二次风）灰渣沟 原煤 排粉风机（一次风）烟气 烟气给煤机 磨煤机 燃烧器 炉膛 水平烟道 尾部烟道 原煤 风、粉 风、粉 未燃煤粒 灰渣 灰渣 灰渣 灰渣沟 排渣装置 冷灰斗 未燃煤粒 未燃煤粒,煤、风、烟系统,1/2,14,汽机主凝结水 水 水 汽水混合物 给水泵 省煤器 汽包 汽水分离器 化学补充水 汽水混合物 下降管 下联箱 水冷壁 上联箱 导汽管 水 水 水 汽水混合物 汽水混合物饱和蒸汽 过热蒸汽 过热器 汽轮机调节级,汽、水 系 统,2/2,15,锅 炉 参 数,额定蒸发量 在额定蒸汽参数，额定给水温度和使用设计燃料，保证热效率时所规定的蒸发量，单位为t/h（或kg/s）最大连续蒸发量（大型锅炉）在额定蒸汽参数，额定给水温度和使用设计燃料，长期连续运行所能达到的最大蒸发量，单位为t/h（或kg/s）蒸汽锅炉额定蒸汽参数 在规定负荷范围内长期连续运行应能保证的出口蒸汽参数，额定蒸汽压力（对应规定的给水压力），单位是Mpa；额定蒸汽温度（对应额定蒸汽压力和额定给水温度锅炉效率,1/5,16,我国电站锅炉参数、容量系列,2/5,17,18,锅炉机组经济性指标,3/5,热效率（90%）净效率 燃烧效率 式中 Q 1 锅炉有效利用热，kJ/kg；Q r 锅炉在单位时间内所消耗燃料的输入热量,kJ/kg；锅炉机组自身所需的热量，kJ/kg；锅炉机组自身电耗对应的热量，kJ/kg；、锅炉化学、机械未完全燃烧热损失，%,19,锅炉连续运行小时数（5000）锅炉在两次检修之间的运行小时数,4/5,锅炉可用率（约90%）（总运行小时数+总备用小时数）/统计期间总小时数（一年）,锅炉的事故率（约1%）锅炉总事故停炉小时数/（总运行小时数+事故停炉小时数）,锅炉机组安全性指标,20,烟尘及有害气体排放标准,5/5,21,第二讲 锅炉燃料,电站锅炉燃料选用原则煤的特性分析 煤的特性对锅炉工作的影响 煤的分类 锅炉热平衡,22,电站锅炉燃料选用原则,不用高品位燃料：如天然气、燃油尽量燃用劣质煤等燃料：如煤矸石尽量燃用当地燃料：如坑口电厂电厂审批顺序：优先坑口电厂其次沿海电厂再次沿江电厂再沿线电厂,23,锅炉用燃料,1.固体:燃煤、油页岩.2.液体:重油、渣油(石油炼制后的残余物)、点火时用柴油、轻油、水煤浆.3.气体：天然气、高炉煤气、焦炉煤气,24,点火用油,主要指标密度粘度凝固度闪点燃点发热量含灰量含硫量,25,煤的工业分析成分 水分(M)、灰分(A)、挥发分(V)、固定碳(FC),煤的组成特性,煤的元素分析成分:碳(C)、氢(H)、氧(0)、硫(S)、氮(N)、水份、灰份,1/8,26,煤的元素分析,C、H、O、N、S、A、W 1.碳(C)a.含量:5090%.是主要可燃元素,含量多少与地质年龄有关.无烟煤、烟煤、贫煤、褐煤、泥煤、煤矸石 b.形式:固定碳(单质状态).c.对运行的影响:含碳高的煤不易着火.d.发热量:32700kj/kg.2.氢(H)a.含量:36%随地质年龄升高而降低.b.形式:与氧结合生成水,或成为有机物.c.运行:含量越高,越容易燃烧.d.发热量:120103kj/kg.,27,硫(S),a.含量:一般为11.5%.无烟煤、贫煤、劣质烟煤可达38%b.形式:可燃硫:有机硫、黄铁矿硫（FeS2)灰分中硫:硫酸盐硫c.运行:二氧化硫,三氧化硫腐蚀设备,含有氧化硫的烟对人畜有害.对水冷壁、过热器的腐蚀,对空气预热器的低温腐蚀.当壁温低于酸露点温度时会在金属壁上凝结成硫酸,腐蚀金属d.发热量:低,9040kj/kg,28,氧(O)和氮(N),a.含量:O:140%.无烟煤12%.泥煤40%N:0.52%.,29,灰份,-燃料完全燃烧后形成的固态残余物的统称,灰分是影响燃煤质量的主要成分.a.含量:535%b.运行:使燃料发热量下降,妨碍可燃物质与氧气的接触.烟气速度高时会引起飞灰对受热面的磨损.烟气速度低时会引起积灰.,30,水分(W),a.含量:250%b.形式:外部水分(表面水分)-煤由于自然干燥所失去的水分.内部水分(固有水分)-空气风干状态下仍残留煤中的水分.分析水分:煤在规定温度和相对湿度下进行自然干燥,干燥后煤样中所含有的内部水分.c.运行:不利燃烧,燃烧温度下降,引起低温受热面的积灰和腐蚀,煤粉制备困难,烟气量上升,电耗上升.,31,煤的成分基准,收到基（ar）（原应用基y）以入炉煤（包括煤的全部成分）为基准 空气干燥基（ad）（原分析基f）以风干状态煤（除外部水分）为基准 干燥基（d）（原干燥基g）以去掉全部水分煤为基准 干燥无灰基（daf）（原可燃基r）以去掉全部水分及灰分煤为基准,2/8,32,煤成分基准间的换算,3/8,33,煤的发热量,煤的发热量（kJ/kg)单位质量的煤完全燃烧时所释放的热量,低位发热量（Qnet）烟气中的水蒸汽在锅炉中一般不会凝结，形成水蒸汽所吸收的汽化潜热无法被利用，使煤的发热量降低，降低后的发热量称为低位发热量。低位发热量（燃料在锅炉中的实际发热量）小于高位发热量,高位发热量(Qgr)煤的理论发热量，由实验测得的弹筒发热量（Qb）减去校正值确定（式2-10）,4/8,34,干燥基高、低位发热量之间的换算 式中 r水的汽化潜热，通常取r=2510 kJ/kg,收到基高、低位发热量之间的换算,高、低发热量间的换算,5/8,35,发热量各基准间的换算,高位发热量(Qgr)各基准间的换算采用表（21）换算系数,低位发热量(Qnet)各基准间的换算分三步进行已知基准的 Qnet 已知基准的 Qgr(式2-12等)已知基准的 Qgr 所求基准的 Qgr(采用上述换算系数)所求基准的 Qgr 所求基准的 Qnet(式2-12等),6/8,36,发热量相关值,标准煤 收到基低位发热量为29270 kJ/kg的燃料为标准煤 标准煤耗量 式中、分别为标准煤耗量与实际煤耗量,折算成分 相对于每4182 kJ/kg收到基低位发热量的煤中所含的收到基水分、灰分和硫分，称为折算水分、折算灰分和折算硫分,7/8,37,煤的灰分特性,灰分特性影响因素 煤灰的化学组成 煤灰中酸性氧化物使灰熔点提高；碱性氧化物使灰熔点降低 煤灰周围高温介质的性质 氧化性介质中，灰熔点较高；还原性介质中，灰熔点较低,煤的灰分特性 用灰熔点表示，煤灰的角锥法确定 灰的变形温度 DT（原t1）灰的软化温度 ST（原t2）灰的流动温度 FT（原t3）,8/8,38,煤中V对锅炉工作的影响,挥发分 V V的含量代表了煤的地质年龄，地质年龄越短，煤的碳化程度越浅,V含量越多。挥发分 V含量高V含量越多（C含量越少），V中含O量亦多，其中的可燃成分相应减少，这时，V的热值低 V含量越多，煤的着火温度低，易着火燃烧，V 多，V挥发使煤的孔隙多，反应表面积大，反应速度加快 V 多，煤中难燃的固定碳含量便少，煤易于燃尽 V 多，V着火燃烧造成高温，有利于碳的着火、燃烧快过大易烧坏火嘴易出现制粉系统爆炸挥发分 V含量低着火困难，易出现锅炉灭火,1/3,39,煤中M、A对锅炉工作的影响,水分M、灰分A M、A 高，煤中可燃成分相对减少，煤的热值低 M、A 高，M 蒸发、A熔融均要吸热，炉膛温度降低 M、A 高，增加着火热或包裹碳粒，使煤着火、燃烧与燃尽困难；M、A 高，q2、q3、q4、q6 增加，效率下降 M、A 高，过热器易超温 M、A 高，受热面腐蚀、堵灰、结渣及磨损加重 M、A 高，煤粉制备困难或增加能耗,2/3,40,煤中C、S对锅炉工作的影响,含碳量 C C 高，热值高；但不易着火、燃烧困难,硫分 S 产生的硫化氢腐蚀水冷壁，高温腐蚀产生的SO2,SO3腐蚀锅炉尾部，低温腐蚀，易造成受热面的堵灰；形成酸雨，污染环境燃料中的硫化铁加剧磨煤部件的磨损自燃提高脱硫成本可燃硫的热值低，含量少，对煤的着火、燃烧无明显影响,3/3,41,ST对锅炉工作的影响,灰熔点（ST）灰分在熔融状态下粘结在锅炉受热面上造成结渣，危及锅炉运行的安全性和经济性。对于固态排渣炉，ST 1350 可能结渣,42,煤的分类,我国煤的主要分类指标 干燥无灰基挥发分Vdaf含量 可分为四大类：褐煤（Vdaf含量40%）、烟煤（Vdaf含量2040%）、贫煤（Vdaf含量1020%）、无烟煤（Vdaf含量10%）,为反映煤的燃烧特性，电厂煤粉锅炉用煤以收到基低位发热量Qar,net、收到基水分、干燥基灰分、干燥基硫分及灰的熔融特性DT、ST、FT作为参考指标，分为五大类和十小类 其中低（劣）质煤单独燃烧有困难，或燃烧不稳定，或燃烧经济性差，或煤中有害杂质含量高的煤，可分为五小类,为实现能源的综合利用，考虑各种工艺（炼焦、燃烧、气化或液化等等）对煤质的要求，每一类煤还要进一步划分为小类,1/5,43,电厂锅炉用煤分类,2/5,44,电厂锅炉用煤分类,3/5,45,煤的类型,4/5,无烟煤 碳化程度高，含碳量很高，达95%，杂质很少，发热量很高,约为2500032500 kJ/kg；挥发份很少，小于10%，Vdaf析出的温度较高（可达400），着火和燃尽均较困难,储存时不易自燃,褐煤 碳化程度低，含碳量低，约为4050%，水分及灰分很高，发热量低,约1000021000 kJ/kg；挥发分含量高，约4050%，甚至60%，挥发分的析出温度低（200），着火及燃烧均较容易,46,烟煤 碳化程度次于无烟煤，含碳量较高，一般为4060%,杂质少，发热量较高,约为2000030000 kJ/kg；挥发分含量较高，约10 45%，着火及燃烧均较容易 贫煤 挥发分含量1020%的烟煤 挥发份较少，性质介于无烟煤与烟煤之间，燃烧性能方面比较接近无烟煤；劣质烟煤 挥发份2030%；但水分高，灰分更高的烟煤 发热量低，为1100012500 kJ/kg 这两种烟煤着火及燃烧均较困难,煤的类型,5/5,47,第三讲 煤 粉 制 备,煤粉特性 磨煤机 制粉系统,48,煤粉的特性,1、颗粒特性2、吸潮性3、自燃性4、流动性,49,煤粉细度 Rx,1/3,50,煤粉均匀性系数n,R200 R90，n为正值；当R90一定时，n值越大，则R200越小，说明煤粉中过粗的煤粉较少；当R200一定时，n值越大，则R90越大，说明煤粉中过细的煤粉较少。n值越大，煤粉中过粗和过细的煤粉均较少，即煤粉粒度分布较均匀。n取决于磨煤机和粗粉分离器的型式，一般取n=0.81.2。,2/3,51,煤的可磨性系数,哈氏可磨性指数 HGI HGI86 为易磨煤,煤的可磨性系数表示煤磨成一定细度的煤粉的难易程度。,与 HGI之间关系,3/3,52,煤粉的自燃性,1、爆炸的条件浓度、温度、密闭空间2、引起煤粉爆炸的因素挥发份煤粉浓度氧气浓度煤粉细度温度控制自燃或爆炸的措施控制磨煤机出口温度防止煤粉在管道沉积（流速、管道倾斜度）加强原煤管理，防止易燃物混入,53,单进单出钢球磨(低速磨),普通筒式钢球磨的圆筒通过齿轮由电动机带动低速转动，燃料和干燥剂（热空气）从一端进入圆筒，在圆筒内煤被干燥、打碎并研磨成粉，随后被干燥剂从另一端带出。,低速磨主要有普通筒式钢球磨、双进双出筒式钢球磨,1/9,54,双进双出钢球磨(低速磨),双进双出筒式钢球磨圆筒两端的空心轴内有一空心圆管，圆管外装有螺旋输送装置。两端的空心轴既是热风和原煤的进口，又是煤粉气流混合物的出口。从而形成两个相互对称又彼此独立的磨煤回路的两个回路，同时使用时磨煤机出力最大；也可以单独使用一个，这时可使磨煤出力降至50以下 轴颈内带热风空心管 轴颈内无热风空心管,2/9,55,n 过小，筒内钢球与煤靠与筒壁的摩擦力带上去，形成一个斜面，然后沿斜面滑落,钢球磨筒体最佳转速 nzj,n 处于上述两者之间，钢球被带到一定高度，沿抛物线落下，钢球对筒底的煤发生强烈撞击作用，辅以研磨 磨煤作用最大时的转速称为最佳工作转速nzj 经验表明：nzj=（）nlj,3/9,没有撞击作用，磨煤效果差。,n 影响磨煤出力和电耗,n 过大，离心力很大，球与煤随筒壁一同旋转，产生这种状态的最低转速称为临界转速nlj,56,钢球磨最佳通风量,Vtf 过小 筒内风速过小，出口端钢球能量没有被充分利用，只能带出的少量的细煤粉，磨煤出力下降，单位磨煤电耗大,Vtf 过大 筒内风速过大，磨煤机出口煤粉过粗，粗粉分离器回粉量增大，通风电耗增大,最佳通风量 磨煤和通风电耗之和最小时的通风量，的大小与煤的种类、煤粉细度、筒体容积及钢球充满系数等有关。,4/9,Vtf 直接影响燃料沿筒体长度的分布和磨煤出力,57,钢球磨出力,磨煤出力Bm 在电耗一定并保证所需的煤粉细度的条件下，磨煤机在单位时间磨制的煤粉量。由磨煤机的结构尺寸、被研磨的燃料特性以及磨煤机的运行状况确定,5/9,干燥出力Bg 在单位时间内将煤由原有水分干燥到所要求的煤粉水分对应的煤粉量。由磨煤机的干燥条件确定对高水分和较软的煤，BmBg，而对于干和硬的煤，则Bg Bm,磨煤机的运行出力（具有一定细度和干燥程度的煤粉流量Bm=Bg）可以通过调节进入磨煤机的干燥剂流量和温度来实现 功率消耗：空载与满载的消耗功率差别不大：5，所以变负荷运行不经济,58,钢球磨特性,钢球磨特性：结构简单，对煤种适应性强，出力大，运行可靠；但初投资大，对锅炉负荷适应性差；单位电耗大，噪音大,6/9,59,双进双出钢球磨的特点,双进双出钢球磨可扩大钢球磨的负荷调节范围 双进双出钢球磨煤机响应锅炉负荷变化的时间非常短，有利于低挥发分煤的稳燃 其出力不是靠调整给煤机来控制，而是靠调整一次风量控制。加大一次风阀门的开度，风量及带出的煤粉流量同时增加，因此，在任何负荷下，煤粉浓度变化不大，且煤粉细度降低 双进双出钢球磨煤机设有微动装置 磨煤机在停机或维修操作时以额定转速的1100转速旋转，可使筒内存煤及时散热防止自燃。故短时间停机时不必将筒内的剩煤排空 双进双出钢球磨煤机应用检测制粉噪声或进出口差压的方法来控制筒内的存煤量 双进双出钢球磨煤机保持了钢球磨煤种适应性广等所有优点，同时大大缩小了体积，降低了磨煤机的能耗，增强了适应锅炉负荷变化的能力,7/9,60,中 速 磨,原煤经落煤管进入两组相对运动的碾磨件之间，在压紧力的作用下被挤压、研磨成粉，被甩至四周风环处。,8/9,中速磨主要有盘式中速磨（辊-盘式）、碗式中速磨(辊-碗式RP、HP型)、环式中速磨(辊-环式MPS型、球-环式E型),热风经风环进入磨煤机，对煤粉进行干燥并将煤粉带入粗粉分离器进行分离，不合格的煤粉返回磨煤机重磨，细粉则送出磨外。,中速磨布置紧凑，投资省，单位电耗小，适宜变负荷运行；但结构复杂,不宜磨水分太大及太硬的煤种,61,高 速 磨(风扇磨),高速磨由叶轮、带护甲的蜗壳和粗粉分离器组成，装有冲击板的叶轮由电动机带动高速旋转。原煤和干燥剂一起被吸入磨煤机内，煤被转动的冲击板打碎，甩到护甲上再次被撞击成煤粉，在风机压头的作用下由干燥剂携带经粗粉分离器带出。高速磨结构简单，金属耗量小，负荷适应能力强，特别适宜磨水分高的煤种；但部件磨损大，不宜磨制较硬的煤种,9/9,62,钢球磨中储式制粉系统有热风送粉和乏气送粉两种,1/8,钢球磨中储式热风送粉系统,空气经送风机空预器一次风机一次风箱混合器（热气与煤粉）一次风喷口 乏气经细粉分离器排粉机乏气风箱三次风喷口 适用无烟煤、贫煤及劣质煤,1-原煤仓；4-给煤机；7-钢球磨；8-粗粉分离器；9-排粉机；10-一次风箱；12-燃烧器；14-空预器；15-送风机；17-细粉分离器；21-煤粉仓；22-给粉机；23-混合器；24-乏气风箱；25-三次风喷口；28-一次风机；31-再循环管,63,钢球磨中储式乏气送粉系统,2/8,1-原煤仓；4-给煤机；7-钢球磨；8-粗粉分离器；9-排粉机；10-一次风箱；12-燃烧器；14-空预器；15-送风机；17-细粉分离器；21-煤粉仓；22-给粉机；23-混合器；28-一次风机；31-再循环管,乏气经细粉分离器排粉机一次风箱混合器（乏气与煤粉）一次风喷口 适用于烟煤等挥发分含量高的煤种,64,钢球磨中储式系统再循环管,再循环管 将部分磨煤乏气从排粉风机后返回到磨煤机，然后再回到排粉风机进行循环 再循环风 温度低，既可以调节磨煤机入口干燥剂的温度，又能增加磨煤的通风量，并能兼顾燃烧所需一次风的要求，从而协调磨煤、干燥和燃烧三方面所需的风量,燃用挥发分高而水分不大的烟煤 要求磨煤通风量大，但干燥风量小或干燥剂温度低，出现磨煤、干燥和燃烧所需风量的矛盾 运用再循环风，既可降低磨煤机入口干燥剂的温度，增加磨煤通风量，又能兼顾燃烧所需一次风的需要,3/8,65,中速磨直吹式负压系统,排粉风机装在磨煤机出口，整个系统在负压下运行 煤粉不会向外泄漏，对环境污染小 漏风大，排粉风机磨损严重，效率低，电耗大，系统可靠性差。,4-磨煤机；6-次风箱；10-送风机；12-空预器；15-排粉风机,4/8,中速磨直吹式制粉系统有正压和负压系统；正压系统又有热一次风和冷一次风系统,66,中速磨直吹式正压热一次风系统,正压系统：一次风机布置在磨煤机之前，系统处于正压状态下工作 无漏风；叶片磨损小 煤粉易外泄，系统需设专门的密封风机 热一次风系统：配置二分仓回转式空预器。一次风机布置在空预器与磨煤机之间，输送的是热空气 空气温度高，比容大，风机体积大，电耗高，易发生高温侵蚀，运行效率及可靠性低,4-磨煤机；6-次风箱；10-送风机；11-热一次风机；12-空预器；19-密封风机,5/8,67,中速磨直吹式正压冷一次风系统,冷一次风系统：配置三分仓回转式空预器。一、二次风各自由单独风机输送，风机处于空预器之前，输送的是干净的冷空气 空气温度低，比容小，风机体积小，电耗低，效率高；高压头冷一次风机可兼作密封风机，简化系统；热风温度不受一次风机的限制，可满足磨制较高水分煤种的要求。,6/8,4-磨煤机；6-次风箱；10-一次风机；10-二次风机；12-空预器,68,高速磨直吹式系统,（a）热风干燥；（b）热风-炉烟干燥 l-原煤仓；3-给煤机；4-下行干燥管；5-磨煤机；6-煤粉分离器；7-燃烧器；8-二次风箱；9-空预器；10-送风机；12-抽烟口；13-混合器,7/8,磨制烟煤和水分不高的褐煤 采用热风作为干燥剂 磨制高水分的褐煤 采用热风掺炉烟作为干燥剂,69,两种制粉系统的比较,直吹式系统系统简单、初投资和系统的建筑尺寸小，设备部件少，管路短、阻力小，输粉电耗较小；但磨煤机的工作直接影响锅炉的运行，可靠性差、备用容量大锅炉机组的可靠性相对低些风粉比调节不灵活锅炉负荷变动时从改变给煤量开始，经过整个系统才能改变煤粉量，惰性较大,8/8,储仓式系统设有煤粉仓，磨煤机的工作对锅炉影响较小系统的可靠性高；磨煤机可一直维持在经济工况下运行锅炉负荷变动时调节给粉机转数改变煤粉量，既方便又灵敏风粉比调节灵活系统复杂、初投资及运行费用高设备部件多，输粉电耗较大；阻力大,70,制粉系统辅助设备,原煤斗给煤机刮板式振动式胶带式转盘式粗粉粉分离器细粉分离器给粉机螺旋输粉机除木块器锁气器,71,第四讲 燃烧理论,燃烧过程的理论基础燃烧计算,72,燃烧过程的理论基础,化学反应速度 化学反应速度影响反应速度的因素 固体燃料的燃烧 煤燃烧的三个阶段 煤和煤粉的燃烧特点 煤粉气流的着火与燃烧 着火与熄火的热力条件 煤粉气流的着火及影响因素 煤粉气流着火热源 焦碳的燃烧 完全燃烧的条件,73,化学反应速度 在反应系统单位体积中物质（反应物或生成物）浓度的变化率，单位是mol/（cm3s）对于反应式AB GH 反应速度为 CA、CB、CG、CH 分别为反应物A、B和生成物G、H的浓度，mol/cm3、分别为相应的化学计量系数,燃烧反应是一种发光放热的高速化学反应，同时伴随各种物理过程 均相燃烧 燃料和氧化剂物态相同，如气体燃料在空气中燃烧 多相燃烧 燃料和氧化剂物态不同，如固体燃料在空气中燃烧,化学反应速度,1/1,74,均相反应质量作用定律,质量作用定律 反映浓度对化学反应速度的影响 对于均相反应，在一定温度下，化学反应速度与参加反应各反应物浓度乘积成正比，各反应物浓度的幂指数等于其相应的化学计量系数,1/4,对反应 AB GH 质量作用定律可用下式表示 式中：k 为反应速度常数，表示单位物质浓度时的反应速度,在温度不变的情况下，反应物的浓度越高，分子的碰撞机会越多，化学反应速度就越快。,75,多相反应质量作用定律,2/4,76,阿累尼乌斯定律,阿氏定律 反映温度对化学反应速度的影响,反应物浓度不变时，反应速度常数k 随温度变化的关系 式中 k0频率因子，近似为一常数 R、T、E 通用气体常数、热力学温度、活化能,3/4,活化能 E 能够破坏原有化学键并建立新化学键所必须消耗的能量，具有活化能的分子为活化分子。活化能 E与反应物种类有关，挥发分含量小的煤，E大 在一定的温度下，活化能 E越大，则反应速度常数 k值越小，反应速率越小；而在一定的活化能 E下，温度越高，则反应速度常数k值越大，反应速率越大,77,压力对反应速度的影响,在反应容积不变的情况下，反应系统压力增高，就意味着反应物浓度增加，化学反应速度增加,4/4,78,煤燃烧过程的三个阶段,预热干燥 煤被加热至100左右，煤粒表面及煤粒缝隙间的水被逐渐蒸发出来。大量吸热,1/1,挥发份析出并着火 温度升至一定值，煤中挥发分析出，同时生成焦碳（固定碳）。挥发分的释放量及成分主要取决于升温速度。不同的煤，开始析出挥发分的温度不同，达到一定温度，析出的挥发分就着火、燃烧。对应的温度称煤的着火温度，不同煤的着火温度不同。少量吸热,燃烧与燃尽 挥发份首先燃烧造成高温，包围焦炭的挥发分基本烧完且燃烧产物离析后，碳开始着火、燃烧。大量放热,残余的焦炭最后燃尽，成为灰渣。少量放热,上述各阶段实际是交叉进行的；其中着火和燃尽是最重要的两个阶段，着火是前提，燃尽放热是目的,79,焦碳的燃烧反应,附加反应 C 及 C O 与空气中的水蒸汽产生的反应 C+H2 O C O+H2 C+2 H2 O C O2+2 H2 CO+H2O C O2+H2,1/6,一次反应 在一定温度下，碳和氧的化学反应可能有两种 C+O2 C O2 C+O2 C O,二次反应 一次反应的生成物CO2、CO与初始反应物碳和氧 再次发生反应 C+C O2 2 C O C O+O2 C O2,80,焦碳燃烧的动力学特性,2/6,氧气从外界扩散到炭粒周围，氧气通过灰壳的阻力，到达炭粒的表面；氧气吸附在炭粒表面；高温下，炭粒和氧进行化学反应，生成CO2和CO，同时不可燃物生成灰渣（灰壳的一部分）；,焦碳燃烧按下述程序进行,燃烧产物（CO2和CO）从炭粒表面上解吸析；燃烧产物通过灰壳阻力向外扩散，其中CO2直接扩散在周围空气中，CO在扩散过程中遇氧气又变成CO2，然后再向远处空气中扩散,81,焦碳燃烧的动力学特性,焦碳的燃烧反应速度的影响因素可以是化学的（反应物的吸附作用、化学反应本身、或生成物的脱附作用）；也可以是物理扩散的（反应物或生成物向容积气相或颗粒气孔内的气相的扩散）,焦碳的燃烧反应速度取决于上述连续过程中最慢的某一个阶段:氧向碳粒表面的扩散或在碳表面发生的化学反应,3/6,82,碳的燃烧反应速度,焦碳的燃烧反应速度取决于温度、焦碳颗粒尺寸、氧气浓度、环境压力和气体与焦碳颗粒之间的相对速度等 式中：mp焦碳颗粒质量；p焦碳粒颗密度；P 压力；02氧气浓度；d 焦碳颗粒的直径；k 焦碳颗粒的反应速率常数,4/6,83,碳的燃烧反应速度,5/6,式中 A 为反应前置系数；R 为通用气体常数 d 为碳粒直径；D 为氧气扩散系数；为化学当量因子。若主要产物是CO2，则等于1；若主要产物 是CO，则等于2；TP、Ta 分别为碳粒温度和边界层中气体平均温度,84,燃烧反应区域,6/6,动力区 燃烧反应的温度不高，kC很小，kD非常大，焦碳燃烧处于化学动力控制下，反应速率常数k=kC 燃烧反应速度w 取决于碳粒表面的化学反应速度,是随温度的升高按指数增大。强化燃烧的措施是提高反应系统的温度,扩散区 燃烧反应温度较高，kC非常大，kD很小，焦碳燃烧处于扩散控制下，反应速率常数k=kD 燃烧反应速度w 取决于氧气向碳粒表面的扩散速度。强化燃烧的措施是强化扰动，减小煤粉颗粒,过渡区 动力区与扩散区之间区域，强化燃烧的措施是同时提高炉膛温度和扩散速度,根据燃烧条件的不同，可将多相燃烧分为三种不同的区域,85,煤的燃烧特点,煤中含有水分 煤的燃烧过程中，水蒸气很易和C及燃烧产物CO作用，生成CO2和H2，H2再与CO或CO2反应。这种催化作用，使燃烧反应更加复杂并改变化学反应速度,1/2,煤中含有挥发分 挥发分对煤的着火燃烧有利；但另一方面，挥发分析出燃烧，消耗了大量氧气，并增加了氧气向煤粒表面的扩散阻力，使燃烧过程的初期焦碳的燃烧速度下降,煤中含有矿物杂质 在燃烧过程会生成灰，灰层包裹着碳粒，会妨碍氧向碳粒表面的扩散，或使碳粒反应表面减少，使燃烧难以进行，燃尽困难,煤是一种多孔性物质 它受热时产生的水蒸气和挥发分，不但向煤粒表面四周的空间扩散，而且还会向煤粒的内部空隙扩散,86,煤粉的燃烧特点,锅炉燃用煤粉的颗粒很小（30100m），炉膛温度又很高，煤粉在炉膛中的加热速度可以达到（104/s或更高），总的挥发分释放时间小于1秒，而且挥发分很快地由炭粒表面逸出,2/2,煤粉快速加热时，煤中挥发分的含量和成分都与慢速加热的挥发分常规测试方法不同,煤粉快速加热时，挥发分析出、着火和碳的着火燃烧几乎是同时的，其中极小的煤粉甚至可能先着火燃烧 煤燃烧的四个阶段不明显，挥发分析出过程几乎延续到燃烧的最后阶段,煤粉快速加热时，焦碳在孔隙结构方面与慢速加热有很大差别,煤粉火焰中挥发分的析出曲线,87,煤粉气流的着火 由缓慢的氧化状态转化到快速的燃烧状态的瞬间过程称为着火，转变时的瞬间温度称为着火温度,着火和熄火的热力条件,1/3,88,煤粉气流的着火温度,放热曲线Q1是一条指数曲线，散热曲线Q2接近于直线,2/3,点2对应的温度即为着火温度Tzh,Tb=Tb1（很低），散热线 与 Q1 交点1为稳定平衡点，煤粉处于低温缓慢氧化状态,Tb=Tb2，散热线 与 Q1 交点2为不稳定平衡点，只要稍增加系统的温度，Q1 Q2，反应将自动加速过渡到点3高温稳定平衡点，此时，只要保证煤粉和空气的不断供应，最后将稳定在高温燃烧状态,89,煤粉气流的熄火温度,Tzh、Txh是在一定测试条件下的相对特征值，Txh大于Tzh。强化着火的措施 在散热条件不变的情况下，增加可燃混合物的初温、浓度和压力，加强放热 在放热条件不变时，提高燃烧室的保温，减少放热,3/3,Tb=Tb2、强化散热，散热线 与 Q1 交点4为不稳定平衡点，只要反应系统温度稍降低，Q1 Q2，反应系统温度急剧下降过渡到点5低温稳定平衡点，此时，煤粉只能产生缓慢地氧化，而不能着火和燃烧，从而使燃烧过程中止（熄火）点4对应的温度即为熄火温度Txh,90,煤粉气流的着火热源,1/2,煤粉气流着火热源 煤粉气流卷吸回流的高温烟气；火焰、炉墙等对煤粉的辐射,91,2/2,煤粉气流的着火热源,细煤粉温升比粗煤粉快得多；煤粉气流的着火主要是靠高温回流烟气的加热,煤粉气流由初温T0加热到着火温度 Tz 所需时间z 分别为,辐射为主要热源（曲线2）,高温回流烟气对流为主要热源（曲线1）,92,煤粉气流着火热,式中 Br每台燃烧器的燃料消耗量，kg/h r燃烧器送入炉内的空气所对应的过量空气系数 rl一次风量占炉膛出口相应总风量的百分比；c1K、Cq、cd 一次风、蒸汽及煤的比热，J/Nm3K）Mar、Mmf 煤的收到基水分，%、煤粉的水分，%Tzh着火温度，K T0煤粉一次风气流初温，K,1/5,煤粉气流的着火热为将煤粉气流加热到着火温度所需的热量对于热风送粉，煤粉气流的着火热为,93,第一项为加热煤粉和一次风所需热量 第二项为煤粉中水分蒸发、过热所需热量,2/5,煤粉气流着火热,94,煤特性、散热条件及初温对着火的影响,燃料的性质挥发分含量Vdaf 小；水分、灰分含量高；煤粉细度大，则煤粉气流着火温度提高，着火热增大，着火所需时间长，着火点离开燃烧器喷口的距离增大,3/5,炉内散热条件 减少炉内散热，有利于着火。敷设卫燃带是稳定低挥发分煤着火的有效措施，但需预防结渣,煤粉气流的初温 提高初温T0 可减少着火热。燃用低挥发分煤时应采用热风送粉制粉系统，提高预热空气温度,95,一次风量、一次风速对着火的影响,一次风量V1（V0 r 1）V1过大，着火热增加，着火延迟 V1过低，燃烧初期由于缺氧，化学反应速度减慢，阻碍着火继续扩展 V1在最佳值范围内选取（P80表5-4和P88表5-7）,4/5,一次风速w1 w1过高，通过单位截面积的流量增大，降低煤粉气流的加热速度，着火距离加长，着火推迟 w1过低，燃烧器喷口易烧坏，煤粉管道堵塞 w1在最佳值范围内选取（P80表5-5和P88表5-7）,96,锅炉负荷D D降低，煤耗量 B 相应减少，水冷壁总的吸热量Q 也减少，但减少的幅度较小，故Q/B反而增加，炉膛平均烟温及燃烧器区域烟温降低，对煤粉气流着火不利，当锅炉负荷降到一定程度时，会危及着火的稳定性，甚至可能引起熄火,锅炉的负荷对着火的影响,5/5,着火稳定性条件限制了煤粉锅炉负荷的调节范围。一般在没有其他稳燃措施条件下，固态排渣煤粉炉只能在高于70%额定负荷下运行,97,煤粉气流完全燃烧的条件,1/3,值影响 q2、q3 和 q4 在一定范围内 减小，q2 降低，但q3、q4 会增加,供应充足而适量的空气量 炉膛出口过剩空气系数 可代表空气量对燃烧过程的影响,98,煤粉气流完全燃烧的条件,保证足够的炉膛温度 炉温高，着火快，燃烧速度快，燃烧过程便进行得猛烈，燃烧也易于趋向完全 炉温过高，不但会引起炉内结渣，也会引起水冷壁的膜态沸腾 炉温在（10002000）范围内比较适宜,2/3,促进燃料与空气充分混合煤粉完全燃烧应使煤粉和空气充分扰动混合。要求燃烧器的结构特性优良，一、二次风配合良好，炉内空气动力场均匀,99,保证足够的停留时间 煤粉在炉内的停留时间 煤粉自燃烧器出口至炉膛出口所经历的时间 过小，由于煤粉至炉膛出口处还没有烧完，但炉膛出口后温度降低会使燃烧基本停止，造成燃烧热损失增大；同时引起炉膛出口处过热器超温和结渣 取决于炉膛容积热强度、炉膛截面热强度和锅炉运行负荷,煤粉气流完全燃烧的条件,3/3,100,燃料的燃烧计算,理论工况 燃料在没有过剩空气的情况下完全燃烧 燃烧产物（烟气）组成成分 CO2、SO2、N2和H2O 理论烟气量,设计工况 实际送入的空气量大于理论空气量，以保证燃料完全燃烧 燃烧产物（烟气）组成成分 CO2、SO2、N2、H2O和剩余O2 实际烟气量 Vy,实际工况 实际送入的空气量大于理论空气量，仍为不完全燃烧 燃烧产物（烟气）组成成分 CO2、SO2、N2、H2O、剩余O2 和未完全燃烧气体CO 实际烟气量 Vy,1/8,101,煤的燃烧反应,煤中可燃元素的燃烧反应是燃烧计算的基础，1kg收到基燃料包括 Kg的碳、kg的氢、kg的硫,2/8,碳完全燃烧反应方程式 C+O2 CO2 12 kg C+22.41 Nm3 O2 22.41 Nm3 CO2,1kg C+1.866 Nm3 O2 1.866 Nm3 CO2 1kg H+5.56 Nm3 O2 11.1 Nm3 H2O 1kg S+0.7 Nm3 O2 0.7 Nm3 SO2,102,燃烧所需要的空气量,3/8,理论空气量 V 0 1kg 燃料完全燃烧时所需要的最小空气量(无剩余氧)可通过燃料中可燃元素（C、H、S）的燃烧化学反应方程式求得,实际空气量 V 式中、分别为烟气侧和空气侧的过剩空气系数,103,过剩空气系数与漏风系数,4/8,各受热面处烟气侧漏风系数，查表2-7确定；V为烟道漏风量 为炉膛出口处过剩空气系数，表征炉内燃烧状况的重要物理量，在推荐值范围内选取,104,过剩空气系数与漏风系数,为空气预热器出、进口处空气侧过剩空气系数 分别为炉膛、制粉系统和空预器漏风系数，查表2-7确定,5/8,105,烟 气 容 积,理论烟气容积=1、完全燃烧：O2=0；CO=0,6/8,实际烟气容积 1、完全（不完全）燃烧：O2 0；CO=0（CO0）,106,烟气的焓值,7/8,烟气焓 1kg燃料燃烧生成的烟气在定压下从0（）加热到（）时所需要的热量,107,焓 温 表,8/8,烟气的焓值 取决于燃料种类、过剩空气系数及烟气温度,由（、）查焓温表可很快确定烟气温度；由（、）查表可很快确定烟气焓,焓温表 对给定的燃料和各受热面前、后的过剩空气系数计算出该受热面对应烟气温度 范围内的烟气焓，制成的烟气（）表,108,烟气分析成分,1/4,烟气分析是以1kg燃料燃烧生成的干烟气（除去水分后的烟气）容积为基础，采用奥氏分析仪进行的 烟气分析可得到 在干烟气Vgy中所占的容积百分比,109,判断燃烧状况,2/4,110,=1、且完全燃烧：CO=0，O2=0,完全燃烧方程式：l、且完全燃烧：CO=0,锅炉常用燃料的值和